1824

ауменьшается и тиристор открывается

В отличие от диодного триодный тиристор имеет три электрода: А – анод, К – катод и У – управляющий электрод (рис. 123).

Rн

–

Рис. 123. Структура триодного тиристора

ставляет 1–2% от тока основной цепи. Тиристор закрывается, когда напряжение между анодом и катодом становится равным нулю или изменяется его полярность на

противоположную.

Таким образом, тиристор имеет два устойчивых состояния: закрытое, при котором его сопротивление очень велико, и открытое, при котором его сопротивление практически равно нулю. Благодаря этому свойству тиристоры применяются для бесконтактной коммутации цепей и в схемах управляемых выпрямителей.

7.4. Управляемые выпрямители

Управляемый выпрямитель – это выпрямитель, на выходе которого величина напряжения может изменяться по заданному закону. В таких выпрямителях вместо диодов применяются триодные тиристоры, позволяющие изменять момент их перехода в открытое состояние. Переход тиристора из закрытого состояния в открытое происходит под действием управляющего импульса.

Простейшим тиристорным выпрямителем является однополупериодный (рис. 126). В основную цепь тиристора между анодом и катодом подается переменное напряжение, амплитуда которого меньше напряжения включения тиристора. Поэтому при отсутствии управляющего импульса тиристор закрыт.

Рис. 126. Электрическая схема и временные диаграммы однополупериодного тиристорного выпрямителя

При наличии прямого напряжения между анодом и катодом и при подаче импульса в цепь управления тиристор открывается и будет открыт до тех пор, пока напряжение u2 не станет равным нулю (см. рис. 126). Угол α (α1, α2) называется углом отпирания тиристора. При изменении угла отпирания изменяется амплитудное значение тока Im, протекающего через тиристор и сопротивление нагрузки, а следовательно, изменяются среднее значение выпрямленного тока, т.е. постоянная составляющая тока нагрузки, и напряжение на нагрузке.

Нетрудно заметить, что средняя величина выпрямленного напряжения будет тем больше, чем меньше угол α отпирания тиристора. Если пренебречь падением напряжения на тиристоре, то зависимость среднего напряжения на нагрузке от угла отпирания определяется по выражению

Таким образом, изменяя угол α от π до нуля, можно регулировать напряжение на нагрузке от нуля до максимальной величины, составляющей 0,45U2, где U2 – действующее значение переменного напряжения.

7.5. Регулятор переменного тока

Регулятор содержит два триодных тиристора Д1 и Д2, включенных встречно-параллельно (рис. 127).

π+α1

π+α2

Рис. 127. Регулятор переменного тока на двух тиристорах и его временная диаграмма

В момент времени, соответствующий фазовому сдвигу α1=ωt, управляющий импульс Iупр1 поступает на тиристор Д1, анод которого имеет положительный потенциал относительно катода. Тиристор Д1 открывается,

в результате чего в течение времени 1 через сопротивление нагрузки

Rн протекает ток. В следующую половину периода управляющий импульс Iупр2 поступает на тиристор Д2, который пропускает ток через сопротивление нагрузки Rн с момента времени π+α1 до момента 2π (т.е. в

течение времени 2 1 1 , как и тиристор Д1).

Таким образом, ток и, следовательно, напряжение на сопротивлении нагрузки Rн являются переменными и имеют форму усеченных полуволн синусоиды. Действующее значение этого напряжения зависит от угла отпирания

Обычно в регуляторах переменного тока используют специальные симметричные тиристоры, называемые симисторами. Симистор представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора с общим выводом управляющих электродов, выполненных в одном монокристалле кремния. Регулятор на симисторе (рис. 128) обладает такими же свойствами, что и регулятор на двух тиристорах.

Рис. 128. Регулятор переменного тока на симисторе и его временная диаграмма

Для управления симистором используются импульсы различной полярности.

7.6. Биполярные транзисторы

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных p-n переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа p-n-p или типа n-p-n (рис. 129).

Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей заряда обоих знаков (свободных дырок и электронов).

К К

Б Б

Э Э

Рис. 129. Структура транзистора n-p-n и условное графическое изображение транзисторов

типа n-p-n и p-n-р на схеме

Средний слой транзистора называется базой Б, один крайний слой – коллектором К, а другой крайний слой – эмиттером Э. Каждый слой представляет собой электрод и имеет вывод. Посредством выводов транзистор включается в схему. В схемах транзисторных усилителей полярность напряжения Ек должна быть такой, чтобы коллекторный p-n переход был закрыт для основных носителей заряда (см. рис. 129). Таким образом, напряжение Ек является обратным для коллекторного p-n перехода.

Полярность напряжения Еэ должна быть такой, чтобы эмиттерный p-n переход был открыт. Свободные электроны диффундируют из эмиттера в базу, создавая ток эмиттера Iэ. Если между коллектором и базой включен источник питания Ек, то большая часть электронов, поступивших из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем с напряженностью εкб коллекторного p-n перехода, создавая ток цепи коллектора Iк. Незначительная часть свободных электронов, поступивших из эмиттера в базу, образует ток базы Iб. Таким образом,

Iэ=Iк+Iб. (256)

Врассмотренном случае база является общим электродом для входной

ивыходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ).

Однако чаще транзисторные каскады строятся по схемам с общим коллектором (ОК) и с общим эмиттером (ОЭ).

Наибольшее распространение на практике получила схема с общим эмиттером (рис. 130).

Uкб=const (рис. 131).

Биполярные транзисторы характеризуются h-параметрами. Эти параметры можно рассчитать по заданным статическим характеристикам.

Iб3

Iб2

Iб1

а) б) Рис. 131. Входные (а) и выходные (б) статические характеристики биполярного транзистора

(Uкэ2>Uкэ1; Iб4>Iб3>Iб2>Iб1)

Основное преимущество биполярных транзисторов состоит в высоком быстродействии при достаточно больших токах коллектора.

Недостатком биполярных транзисторов является относительно небольшое входное сопротивление при включении по схеме с ОЭ.

Взависимости от предельно допустимой мощности рассеяния на коллекторе различают транзисторы малой, средней и большой мощности.

Взависимости от предельно допустимой частоты тока и напряжения различают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные транзисторы.

7.7. Нагрузочный режим работы биполярного транзистора

При работе транзисторов в усилителях используется нагрузочный (динамический) режим работы транзистора. Усилителями называются устройства, в которых с помощью малых изменений величины на их входе происходит управление значительно большими изменениями той же либо другой величины на их выходе. В усилителях управляющей величиной (входным сигналом) являются напряжение, ток или мощность, которые

статических выходных характеристик транзистора (рис. 133). Нагрузочная характеристика является прямой, не проходящей через

начало координат. Для ее построения по уравнению нагрузочной характеристики (Uкэ=Ек–IкRк) определяются координаты двух точек, характеризующих два крайних режима работы транзистора (см. рис. 133):

1) Iк=0, Uкэ=Ек; 2) Uкэ=0, Iк Ек .

Rк

Точки пересечения нагрузочной характеристики со статическими являются рабочими точками в усилительном каскаде при соответствующих токах базы.

Графоаналитический метод с использованием нагрузочной характеристики, построенной на семействе статических характеристик, широко применяется при анализе работы усилительных схем.

Ключевой режим работы транзистора от усилительного отличается тем, что транзистор может находиться только в двух состояниях: в состоянии отсечки, которому соответствует точка 1 на нагрузочной характеристике, и в состоянии насыщения, которому соответствует точка 2 (см. рис. 133). Особенность этого режима состоит в том, что на коллекторе транзистора рассеивается очень маленькая мощность, и поэтому, в отличие от усилительного режима, отпадает необходимость использования радиатора даже для мощных транзисторов. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, можно определить по формуле